KR20010028291A - Digital auto gain controller in communication system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 통신 시스템의 디지털 자동이득제어(Automatic Gain Control, AGC) 장치에 관한 것으로, 특히 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결하여 통신 시스템의 신뢰도를 향상시키기에 적당하도록 한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital automatic gain control (AGC) device of a communication system. In particular, it improves the reliability of a communication system by solving signal distortion according to the frequency characteristics of an operational amplifier that occurs when using a conventional analog AGC. The present invention relates to a digital automatic gain control apparatus of a communication system, which is suitable for use in the present invention.
일반적으로 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡이 발생하는데, 이러한 연산증폭기의 주파수 특성은 특히 광대역일 경우 심각한 신호 왜곡을 야기시킬 수 있다.In general, when the conventional analog AGC is used, signal distortion occurs according to the frequency characteristics of the operational amplifier. The frequency characteristic of the operational amplifier can cause severe signal distortion, particularly in a wide bandwidth.
종래의 아날로그 AGC 방식은 A/D 변환기를 거친 신호가 비교기와 누산기를 거쳐 다시 D/A 변환을 통해 증폭 연산기로 흘러가는 방식을 사용한다.The conventional analog AGC method uses a method in which a signal passed through an A / D converter flows through a comparator and an accumulator, and then through a D / A conversion to an amplification calculator.
도1은 이러한 종래 통신 시스템의 아날로그 자동이득제어 장치의 블록구성도이다.Fig. 1 is a block diagram of the analog automatic gain control device of the conventional communication system.
이에 도시된 바와 같이, 수신단 AGC에서 I(Inphase)와 Q(Quadrature) 신호를 입력받아 각각 증폭하는 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)와; 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)의 출력을 각각 A/D 변환하는 제1 및 제2 A/D 변환부(3)(4)와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부(3)(4)의 출력을 각각 필터링하는 제1 및 제2 필터부(5)(6)와; 상기 제1 및 제2 필터부(5)(6)의 출력을 더하는 덧셈부(7)와; 상기 덧셈부(7)의 출력과 기준신호를 비교하는 비교부(8)와; 상기 비교부의 비교결과를 누적하는 누적부(9)와; 상기 누적부의 출력을 D/A 변환하여 상기 제1 및 제2 연산증폭부(1)(2)로 출력하는 D/A 변환부(10)로 구성된다.As shown in the figure, first and second operational amplifiers 1 and 2 for receiving and amplifying I (Inphase) and Q (Quadrature) signals at the receiving end AGC, respectively; First and second A / D converters (3) (4) for A / D converting the outputs of the first and second operational amplifiers (1) and (2), respectively; First and second filter units (5) (6) for filtering outputs of the first and second A / D converters (3) (4), respectively; An adder (7) for adding outputs of the first and second filter parts (5) (6); A comparator 8 for comparing the output of the adder 7 with a reference signal; An accumulator 9 for accumulating the comparison results of the comparator; And a D / A conversion unit 10 for performing D / A conversion on the output of the accumulation unit and outputting the D / A conversion unit to the first and second operational amplifiers 1 and 2.
이와 같이 구성된 종래 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional apparatus configured as described above is as follows.
먼저 종래의 장치는 RF(Radio Frequency) AGC 와 수신단 AGC 중 수신단 AGC를 사용하였다.First, the conventional apparatus uses a receiver AGC of RF (Radio Frequency) AGC and a receiver AGC.
그래서 I와 Q로 구성된 신호가 각각 A/D 변환부(3)(4)와 필터(5)(6)를 거쳐 덧셈부에서 "I2+ Q2"로 합성된다.Thus, the signal composed of I and Q is synthesized by the adder as "I 2 + Q 2 " via the A / D converters 3 and 4 and the filters 5 and 6, respectively.
이렇게 합성된 신호는 비교부(8)를 거치며 어떠한 기준과 그 크기가 부합되는지의 여부가 판단되어진다. 여기서 비교부(8)는 신호의 크기가 정하여진 기준과 비교해 그 크기가 크다면 "-1"을, 작다면 "+1"을 하여 누적부(9)로 보내게 된다.The synthesized signal is passed through the comparator 8, and it is determined whether the standard and the magnitude of the signal match. In this case, the comparison unit 8 transmits to the accumulation unit 9 by "-1" if the magnitude is large and "+1" if the magnitude is large compared with a reference having a predetermined signal magnitude.
그러면 누적부(9)를 통과한 I 와 Q 신호는 각각 연산증폭부(1)(2)를 통하여 나가게 된다.Then, the I and Q signals passing through the accumulator 9 exit through the operational amplifiers 1 and 2, respectively.
이러한 과정을 반복함으로써 일정한 크기의 신호를 얻을 수 있게 된다.By repeating this process, a signal of constant size can be obtained.
그래서 종래의 장치에서는 연산증폭기가 주파수 대역마다 그 특성을 달리하는데, 이것이 광대역일 경우 문제가 발생하게 된다. 그 문제점은 신호의 왜곡이라는 현상으로 나타나고, 이것은 통화 또는 통신의 품질에 크게 영향을 주게 된다. 연산증폭기가 선형구간에서의 성능은 원하는 신호를 그대로 증폭하게 되지만, 비선형 구간에서의 신호 왜곡으로 인하여 광대역을 사용하는 통신 체계에서는 아날로그 AGC 의 동작에 문제가 발생하는 것이다.Thus, in the conventional apparatus, the operational amplifier varies its characteristics for each frequency band, which causes problems. The problem manifests itself as a phenomenon of signal distortion, which greatly affects the quality of the call or communication. Although the operational amplifier can amplify the desired signal as it is, the signal distortion in the nonlinear region causes a problem in the operation of the analog AGC in a broadband communication system.
W-WLL(Wideband - Wireless Local Loop, 광대역 무선로컬루프)의 경우 대략 10MHz 정도의 주파수 대역을 사용하므로 이러한 문제점이 크게 나타날 수 있게 된다.In the case of the W-WLL (Wideband-Wireless Local Loop), a frequency band of about 10 MHz is used, and this problem can be large.
그럼 다시 종래 장치의 동작을 상세히 설명해 보자.Then again, the operation of the conventional device will be described in detail.
먼저 수신단에 들어오는 전력은 다음의 식1과 같이 기술될 수 있다.First, power input to the receiving end may be described as in Equation 1 below.
여기서는 In-phase 데이터이고,는 Quadrature-phase 데이터이다. 그리고 식1은 다음의 식2와 같이 쓸 수 있다.here Is the in-phase data, Is quadrature-phase data. Equation 1 can be written as Equation 2 below.
그래서 AGC는 식2의 파워, 즉의 값이 일정한 값이 되도록 하는 것이다. 상기한 바와 같이신호는 비교부(8)로 가서 기준이 되는 크기와 비교되어 그 크기를 조절하게 된다. 그리고 연산증폭부(1)(2)의 게인은 저항과 커패시터에 의해 조절된 전압의 크기에 따라서 결정된다. 연산증폭부(1)(2)는 들어온 신호의 크기를 변환하는 역할을 수행하게 되는데, 주파수마다 그 특성(게인 값)이 다르기 때문에 주파수 대역이 넓은 경우에 신호의 왜곡 현상이 생기게 된다. 그리고 선형 구간에서의 특성은 좋기 때문에 연산증폭기를 사용하는 것도 무방하겠지만, W-WLL 시스템에서의 경우 연산증폭기를 사용할 경우 신호의 왜곡이 발생함을 확인할 수 있다.So AGC is the power of Equation 2 The value of is to be a constant value. As mentioned above The signal goes to the comparator 8 and is compared with the reference magnitude to adjust the magnitude. And the gain of the operational amplifier (1) (2) is determined according to the magnitude of the voltage adjusted by the resistor and the capacitor. The operational amplifier (1) (2) serves to convert the size of the incoming signal, because the characteristics (gain value) for each frequency is different, the signal distortion occurs when the frequency band is wide. In addition, since the characteristic in the linear section is good, it may be used, but in the W-WLL system, it can be seen that the distortion of the signal occurs when the operational amplifier is used.
그러나 종래의 아날로그 AGC 방식은 연산증폭기의 주파수 특성 때문에 주파수 대역이 광대역일 경우 비선형 구간에서 신호의 왜곡 현상이 발생하는 문제점이 있게 된다. 이 신호 왜곡 현상은 10MHz의 주파수 대역을 사용하는 W-WLL의 경우 품질에 큰 영향을 줄 수 있게 되며, 광대역에서 전 주파수 대역에 대한 신호의 왜곡이 없거나 적은 AGC 알고리즘의 개발이 필요하게 된다.However, the conventional analog AGC has a problem in that signal distortion occurs in a nonlinear section when the frequency band is wide because of the frequency characteristics of the operational amplifier. This signal distortion phenomenon can greatly affect the quality of the W-WLL using the 10MHz frequency band, and it is necessary to develop an AGC algorithm with no or little distortion of the signal over the entire frequency band in the wideband.
또한 향후 데이터 통신의 수요가 더욱 증가함에 따라서 사용하는 주파수 대역폭도 점차 광대역화로 나아가는 추세인데, 연산증폭기를 사용하는 종래의 아날로그 AGC 알고리즘으로는 신호의 왜곡 현상을 피할 수 없기 때문에 신호의 특성을 살린 채로 AGC 알고리즘을 수행할 수 있는 디지털 AGC 알고리즘의 발명이 반드시 필요하게 된 것이다.In addition, as the demand for data communication further increases, the frequency bandwidth used is gradually moving toward wider bandwidth. As the conventional analog AGC algorithm using an operational amplifier cannot distort the signal, the signal characteristics can be avoided. The invention of the digital AGC algorithm capable of performing the AGC algorithm is indispensable.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결하여 통신 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to solve the signal distortion according to the frequency characteristics of the operational amplifier generated when using the conventional analog AGC to improve the reliability of the communication system The present invention provides a digital automatic gain control apparatus for a communication system that can be improved.
도1은 종래 통신 시스템의 아날로그 자동이득제어 장치의 블록구성도이고,1 is a block diagram of an analog automatic gain control device of a conventional communication system,
도2는 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 블록구성도이며,2 is a block diagram of a digital automatic gain control apparatus for a communication system according to the present invention;
도3은 도2의 신호레벨 조정을 보인 파형도이다.3 is a waveform diagram showing the signal level adjustment of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : RF AGC부 12, 13 : A/D 변환부11: RF AGC unit 12, 13: A / D conversion unit
14, 15 : 필터부 16 : 승산부14, 15: filter unit 16: multiplier
17 : 덧셈부 18 : 비교부17: addition unit 18: comparison unit
19 : 누적부19: accumulator
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치는,In order to achieve the above object, a digital automatic gain control apparatus of a communication system according to the present invention,
신호레벨을 미리 정한 기준치 만큼 조절하여 조절된 I와 Q 신호를 출력하는 RF AGC부와; 상기 RF AGC부에서 출력되는 I와 Q 신호를 각각 A/D 변환하는 제1 및 제2 A/D 변환부와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부의 출력을 각각 필터링하는 제1 및 제2 필터부와; 상기 제1 및 제2 필터부에서 필터링된 신호를 승산하는 승산부와; 상기 승산부의 승산된 I와 Q 신호를 더하는 덧셈부와; 상기 덧셈부의 출력을 기준신호와 비교하는 비교부와; 상기 비교부의 출력을 누적하여 상기 승산부로 출력하는 누적부로 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.An RF AGC unit configured to adjust the signal level by a predetermined reference value and output the adjusted I and Q signals; First and second A / D converters for A / D converting the I and Q signals output from the RF AGC unit; First and second filter units for filtering outputs of the first and second A / D converters, respectively; A multiplier for multiplying the signals filtered by the first and second filter units; An adder for adding the multiplied I and Q signals by the multiplier; A comparator for comparing the output of the adder with a reference signal; It is characterized in that the technical configuration consisting of a cumulative unit for accumulating the output of the comparison unit and outputs to the multiplier.
이하, 상기와 같은 본 발명 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 기술적 사상에 따른 일실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment according to the technical idea of the digital automatic gain control apparatus of the present invention communication system is as follows.
일반적으로 AGC 알고리즘은 RF 단에서의 AGC와 수신단에서의 AGC 알고리즘 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 본 발명은 이 중에서 수신단에서의 AGC 알고리즘에 관한 것으로 디지털을 이용하여 AGC 알고리즘을 구현한다.In general, the AGC algorithm can be divided into two types: AGC at the RF stage and AGC algorithm at the receiver. The present invention relates to an AGC algorithm at the receiving end, and implements the AGC algorithm using digital.
도2는 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 블록구성도이다.2 is a block diagram of a digital automatic gain control apparatus of a communication system according to the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 신호레벨을 미리 정한 기준치 만큼 조절하여 조절된 I와 Q 신호를 출력하는 RF AGC부(11)와; 상기 RF AGC부(11)에서 출력되는 I와 Q 신호를 각각 A/D 변환하는 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)와; 상기 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)의 출력을 각각 필터링하는 제1 및 제2 필터부(14)(15)와; 상기 제1 및 제2 필터부(14)(15)에서 필터링된 신호를 승산하는 승산부(16)와; 상기 승산부(16)의 승산된 I와 Q 신호를 더하는 덧셈부(17)와; 상기 덧셈부(17)의 출력을 기준신호와 비교하는 비교부(18)와; 상기 비교부(18)의 출력을 누적하여 상기 승산부(16)로 출력하는 누적부(19)로 구성된다.As shown therein, the RF AGC unit 11 outputs the adjusted I and Q signals by adjusting the signal level by a predetermined reference value; First and second A / D converters 12 and 13 for A / D converting the I and Q signals output from the RF AGC unit 11, respectively; First and second filter units (14) (15) for filtering outputs of the first and second A / D converters (12) (13), respectively; A multiplier 16 for multiplying the signals filtered by the first and second filter units 14 and 15; An adder (17) for adding the multiplied I and Q signals of the multiplier (16); A comparator 18 for comparing the output of the adder 17 with a reference signal; And an accumulator 19 for accumulating the output of the comparator 18 and outputting the accumulator 16 to the multiplier 16.
상기에서 승산부(16)는, 제1 및 제2 필터부(14)(15)에서 필터링된 디지털 신호 중 가장 중요하다고 미리 설정한 특정 데이터 비트를 추출하고 그에 해당하는 데이터만을 선정하여 승산한다.In the above, the multiplier 16 extracts a specific data bit which is predetermined as the most important among the digital signals filtered by the first and second filter units 14 and 15, and selects and multiplies only the corresponding data.
본 발명의 구성을 다시 설명하면, RF 단의 AGC인 RF AGC부(11)를 거친 신호가 아날로그-디지털 변환을 거쳐서 파워의 값을 구하면 기준이 되는 값과 비교부(18)에서 비교하여 누적부(19)로 가게 된다. 이 누적부(19)로 신호가 가기 전에 파워의 크기가 제어된다. 즉, 디지털 AGC 알고리즘은 연산증폭기를 사용하지 않기 때문에 주파수 대역이 넓다고 하더라도 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호 왜곡이 생기지 않게 된다. 단, RF 단에서 AGC를 하여 신호의 레벨을 어느 정도 조정하여야 하는 데, 이것은 다시 설명하기로 한다.Referring back to the configuration of the present invention, when the signal passed through the RF AGC unit 11, which is the AGC of the RF stage through the analog-to-digital conversion to obtain the value of the power, the comparison unit 18 compares the reference value and the accumulation unit Go to (19). The magnitude of power is controlled before the signal goes to the accumulator 19. That is, since the digital AGC algorithm does not use an operational amplifier, even if the frequency band is wide, signal distortion due to the frequency characteristics of the operational amplifier does not occur. However, it is necessary to adjust the level of the signal to some extent by performing AGC in the RF stage, which will be described again.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the digital automatic gain control apparatus of the communication system according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 RF AGC부(11)에서 출력되는 RF 단에서의 AGC 신호는 신호의 레벨을 일정 수준으로 조절하는 것이다. 이 과정이 없으면 디지털 AGC는 손상된 신호가 디지털 AGC로 입력이 되어 결국 완전하게 신호를 복원할 수 없게 된다.First, the AGC signal in the RF stage output from the RF AGC unit 11 is to adjust the level of the signal to a certain level. Without this process, the digital AGC will enter the damaged signal into the digital AGC and eventually cannot fully recover the signal.
여기서 일정 수준으로 조절한다는 것은, 도3의 파형도의 (a) 정도의 신호 레벨을 도3의 (B) 정도의 신호 레벨로 조절한다는 것이다. 만약 이 과정이 없다면 일정 레벨 이상의 신호는 잘려져 나가기 때문에 제1 및 제2 A/D 변환부(12)(13)에 의해 아날로그-디지털 변환을 수행하여 생긴 디지털 신호가 완전한 상태가 될 수가 없게 된다. 따라서 본 발명의 RF AGC부(11)는 반드시 필요한 구성요소가 된다.Here, adjusting to a certain level means that the signal level of (a) of the waveform diagram of FIG. 3 is adjusted to the signal level of (B) of FIG. If this process is absent, the signal over the predetermined level is cut off, so that the digital signal generated by the analog-to-digital conversion by the first and second A / D converters 12 and 13 cannot be in a perfect state. Therefore, the RF AGC unit 11 of the present invention is a necessary component.
일단 RF AGC부(11)에서 레벨이 어느 정도 조절된 신호가 들어오면 이 신호는 아날로그-디지털 변환을 거쳐 디지털화된다. 이렇게 변환된 디지털 신호가 총 N 비트라면, 그 중에서 가장 중요한 K 비트(중요 데이터를 나타냄) 만을 골라서 AGC에서 이용하여 K 비트를 가지는 신호는 다음의 식3과 같이 되어 비교부(18)로 입력되게 된다.Once a signal whose level is adjusted in the RF AGC unit 11 is input, the signal is digitized through analog-to-digital conversion. If the digital signal converted in this way is a total of N bits, only the most important K bits (representing important data) are selected from the AGC, and the signals having K bits are input to the comparator 18 by using Equation 3 below. do.
그러면 비교부(18)에서는 기준이 되는 값과 비교를 하여 "+1" 내지는 "-1"을 하여 그 크기를 조절하여 누적부(19)로 신호를 보낸다.Then, the comparison unit 18 compares the reference value with "+1" or "-1", adjusts the size, and sends a signal to the accumulation unit 19.
이에 따라 누적부(19)에서는 비교부(18)에서 입력받은 신호들의 값을 누적시켰다가 멀티플라이어(승산부)로 보내 얻고자 하는 신호의 레벨을 얻는다. 이 과정에는 아날로그 AGC에서 존재하는 연산증폭기가 없어 디지털 신호에서 바로 AGC 알고리즘을 실행하기 때문에 연산증폭기에 의한 신호의 왜곡을 해결할 수 있다. 따라서 사용하는 주파수가 광대역일 경우에는 신호의 왜곡 없이 AGC를 실행할 수 있는 것이다.Accordingly, the accumulator 19 accumulates the values of the signals input from the comparator 18 and sends them to the multiplier (multiplier) to obtain the level of the signal to be obtained. In this process, there is no operational amplifier existing in the analog AGC, so the AGC algorithm is executed directly on the digital signal. Therefore, if the frequency used is wideband, AGC can be executed without signal distortion.
이처럼 본 발명은 종래의 아날로그 AGC를 사용할 경우 발생하는 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 신호왜곡을 해결하게 되는 것이다.As such, the present invention is to solve the signal distortion according to the frequency characteristics of the operational amplifier generated when using the conventional analog AGC.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention may use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be applied in the same manner by appropriately modifying the above embodiments. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 통신 시스템의 디지털 자동이득제어 장치는 수신 측에서 신호의 레벨을 일정하게 하는 AGC 알고리즘에 관한 것으로, 종래의 아날로그 AGC 알고리즘을 사용할 경우 연산증폭기의 주파수 특성에 따른 비선형 구간이 주파수 대역이 광대역일 경우 심하게 발생함에 따라 신호의 왜곡 현상이 생기게 되는 데, 디지털 AGC 알고리즘을 이용하여 이를 해결하여 시스템의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, the digital automatic gain control apparatus of the communication system according to the present invention relates to an AGC algorithm for maintaining a constant level of a signal at a receiving side, and according to the frequency characteristics of an operational amplifier when a conventional analog AGC algorithm is used. If the non-linear section is severely generated when the frequency band is wide band, signal distortion occurs. This can be solved using a digital AGC algorithm, thereby improving the reliability of the system.
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